光伏电池最大功率跟踪器的模糊控制及其应用

论文摘要

近年来,由于全球能源的逐渐紧张和环境污染的日益严重,清洁的可再生的太阳能越来越受到人们的重视,同时太阳能的光电转换技术也不断发展至可大规模应用的水平。在未来,光伏电池的应用有着良好的发展前景。目前,光伏系统所面临的主要问题是转换效率低且价格昂贵。通过在光伏电池和负载间加入最大功率跟踪控制器可解决这一问题,达到充分利用太阳能的目的。模糊控制技术是智能控制技术中发展较成熟的一个分支,并具有一系列传统控制无法比拟的优点。将模糊控制应用于光伏电池的最大功率点跟踪既有现实意义,又具有时代意义。 本文的研究成果为一光伏电池的最大功率跟踪系统,将模糊控制技术应用于光伏电池的最大功率点跟踪,验证其可行性,并达到了预期的性能要求,使得光伏电池的转换效率达到88%以上。 本文从研究光伏电池的输出特性出发,运用MATLAB建立光伏电池模型进行模拟仿真,分析其工作特性。在此基础上,分析现有的几种最大功率点跟踪控制算法的工作原理,并比较其优、缺点,提出了一种改进的、具有在线参数调整功能的自适应占空比扰动法,能够同时保证系统的动、稳态性能,但算法的实现较复

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 相关研究
• 1.2.1 光伏电源系统
• 1.2.2 最大功率点跟踪
• 1.2.3 模糊控制技术
• 1.2.4 电力电子仿真工具
• 1.3 研究内容及意义
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究意义
• 1.4 论文结构
• 第二章 光伏电池特性的研究
• 2.1 光伏电池的工作原理
• 2.2 光伏电池的电气特性
• 2.2.1 光伏电池输出特性方程
• 2.2.2 光伏电池模组与阵列
• 2.3 光伏电池的仿真实现
• 2.3.1 仿真原理与模型
• 2.3.2 光伏电池的特性分析
• 2.4 小结
• 第三章 基于模糊控制的最大功率点跟踪算法的研究
• 3.1 光伏系统的最大功率点跟踪
• 3.2 几种常用的最大功率点跟踪算法分析及比较
• 3.3 一种改进的自适应最大功率点跟踪算法
• 3.3.1 占空比扰动法
• 3.3.2 一种改进的自适应占空比扰动法
• 3.4 SIMULINK仿真
• 3.4.1 仿真原理
• 3.4.2 仿真结果与分析
• 3.5 模糊控制基本原理
• 3.5.1 模糊化（ Fuzzification）
• 3.5.2 模糊控制规则库的建立
• 3.5.3 解模糊（ Defuzzification）
• 3.5.4 模糊控制器的设计流程
• 3.6 模糊控制算法
• 3.6.1 查表法
• 3.6.2 软件模糊推理法
• 3.6.3 解析公式法
• 3.7 最大功率点跟踪的模糊控制算法
• 3.7.1 基本思想
• 3.7.2 SIMULINK仿真
• 3.8 小结
• 第四章 光伏电池最大功率跟踪系统的规格与结构设计
• 4.1 系统规格与整体结构
• 4.2 升压式（Boost）变换器的设计
• 4.2.1 基本电路特性
• 4.2.2 关键元件的选取
• 4.2.3 仿真分析
• 4.3 驱动电路的设计
• 4.3.1 MOSFET驱动电路
• 4.3.2 继电器驱动电路
• 4.4 电流、电压检测电路设计
• 4.4.1 电流检测电路
• 4.4.2 电压检测电路
• 4.4.3 线性隔离放大电路
• 4.4.4 实验结果与分析
• 4.5 扰动电路的设计
• 4.6 PWM产生与 A/D转换模块设计
• 4.7 硬件结构
• 4.8 小结
• 第五章 光伏电池最大功率跟踪系统的功能设计
• 5.1 系统功能描述
• 5.2 DSP软件开发流程
• 5.3 系统软件框架设计
• 5.4 DC/DC恒定压控制器的设计
• 5.4.1 升压Boost电路的小信号模型分析
• 5.4.2 控制器的设计与分析
• 5.4.3 控制器的实现
• 5.5 基于模糊的最大功率点跟踪控制器的设计
• 5.6 负载管理模块的设计
• 5.7 异常检测模块的设计
• 5.8 数字滤波和标度转换
• 5.8.1 数字滤波方法
• 5.8.2 线性参数值的标度变换
• 5.9 小结
• 第六章 光伏电池最大功率跟踪系统的测试结果与性能分析
• 6.1 测试工具
• 6.2 DC/DC恒电压控制的性能测试
• 6.3 最大功率点跟踪控制的性能测试
• 6.3.1 基于扰动观察法的测试结果
• 6.3.2 基于模糊逻辑控制的测试结果
• 6.4 负载管理模块的性能测试
• 6.5 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 附录一 电路原理图
• 附录二 印刷电路板图
• 附录三 元件清单
• 附录四 实物图
• 附录五 程序源代码
• 科研项目和发表的论文
• 致谢